上海市嘉定區智能污水管理系統的建立和應用

裘慧珺

上海市嘉定區給排水管理所，上海 201800

污水系統是城市建設的重要基礎設施，主要由污水管網、污水泵站和污水處理廠等組成。污水系統的安全運行關系到社會經濟穩定發展和人民生活安定。隨著城市化的迅速發展，污水系統越來越復雜、越來越龐大，對污水系統的運行管理、養護管理和科學決策等提出了越來越高的要求。但由于缺乏污水系統的動態運行情況，從而在養護管理上難以有效評估，在系統運行和調度上難以有效管理。

2013年10月，國務院公布《城鎮排水與污水處理條例》，該條例于2014年1月1日開始施行。該條例主要強調智慧水務作為城市的發展方向，提倡改變城市污水處理行業停留在分散式管理階段的現狀，要求加快污水系統信息化建設。

2014年6月3日國務院辦公廳出臺《關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》（27號文件）。文件提出提高科技創新能力，加大城市地下管線科技研發和創新力度，鼓勵在地下管線規劃建設、運行維護及應急防災等工作中，廣泛應用精確測控、示蹤標識、無損探測與修復、非開挖、物聯網監測和隱患事故預警等先進技術。一系列政策的出臺，都鼓勵和提倡利用信息化手段管理城市污水系統。

隨著嘉定區城市化進程的高速發展，近年來區域內的排水管道設施系統建設速度也逐步跟進，至2017年底，嘉定區的城鎮污水處理率已達到90%。隨著嘉定區智慧城市的全面推進，為全面提升業務系統的科學管理能力，智能污水信息系統建設提上議事日程。

1 嘉定區排水系統現狀

目前，嘉定區域城鎮污水治理己確立了“以分散處理為主、集中外排處理為輔”的污水治理方針，形成了“四片四廠一外排管”的污水治理格局。嘉定區污水處理系統主要分為嘉定新城片污水處理系統、安亭片污水處理系統、嘉定北區片污水處理系統及南部片南翔、江橋、真新區域（就地+外排）污水處理系統4個，涉及嘉定大眾污水處理廠、安亭污水處理廠、嘉定北區污水處理廠3座已投運污水處理廠以及剛建成的南翔污水處理廠，現有污水處理規模為42.5萬t/d，出水水質均不低于國標一級A排放；至2017年，嘉定區已建排水管道達到約1800km，其中污水管道約900km，區管污水泵站50 余座。

2 污水信息化系統建設之前區域排水管理中存在的問題及需求分析

（1）嘉定區排水管網長，輻射范圍比較大，整個排水管網比較復雜。目前針對管網的管理主要依靠WEBGIS系統。此系統只有管網的靜態數據，整個管網運行的動態數據處于空白。由于不能掌握整個管網運行的動態信息，管網系統出現堵塞、污水外溢等問題時，只能依靠人工巡查或市民投訴才能得知，管理單位不能及時得知相關信息，進而不能及時處理和發出預警。作為管理單位需要掌握管網全部信息，包括靜態信息和動態信息。只有掌握了管網的全部信息，才能更好的管理管網系統，且這種管理模式也符合未來嘉定智慧城市的發展方向。

（2）嘉定區排水泵站較多，泵站分布比較分散，排水泵站又是保證整個嘉定排水系統正常運作的關鍵設施。目前的管理者如果需要了解排水泵站的運行信息需要通過電話聯系泵站值班人員或者泵站月運行記錄報表。由于管理單位不能及時地掌握泵站運行信息，導致不能合理、科學和有效的管理泵站，也制約了泵站排水能力的發揮。通過建立排水泵站遠程監控平臺，實時掌握泵站的運行信息，管理者才能高效、科學地管理和調度泵站運行，才能發揮泵站的最大排水能力。

（3）由于嘉定區城市化發展速度快，進入污水廠的水質波動范圍大，由于沒有提前預警措施，導致污水廠不能及時調整處理工藝來應對超標污水，且對超標污水來源無法判斷。為了應對這種日益嚴峻的管理問題，需要在排水系統的終端泵站或者主要服務工業區的泵站建設水質在線監測預警系統，若監測點水質出現超標，發出預警信息。管理單位和污水廠可以快速的根據預警信息的內容執行相應的預案或者緊急措施。

（4）嘉定區管網建設年代久遠，很多管道出現了不同程度的滲漏、誤接和偷排，整個污水系統的滲入率較高，從而導致污水廠的運營成本居高不下。針對滲漏源和誤接點查找目前只能依靠人工全范圍尋找，由于范圍大，所以尋找難度大。由于缺乏終端泵站的流量數據，污水廠也無法根據實際情況進行相應的調整。通過在終端泵站建設流量監測點，實時監測流量數據，可以讓管理者和污水廠實時掌握流量信息，方便管理者對污水廠進行運營管理。也可以為管網滲漏源、誤接點和偷排查找提供科學的數據支撐。

3 污水信息化系統建設主要目標、內容及功能展示

3.1 建設目標

通過先進的傳感和監測技術，實現各類污水系統設施運行信息的全面動態感知；整合嘉定水務系統業務數據，實現全面互聯和信息實時共享，提高發現問題的及時性，處置問題的高效性以及分析問題的科學性，逐步實現“實時感知水信息、準確把握水問題、深入認識水規律、高效運籌水系統”的“智慧水務”建設目標，形成與經濟社會發展相適應、與水行業發展相協調的智慧管理格局。本項目建設完成后，將逐步整合水務系統其它資源，包括：排水、防汛、水資源等，最后形成嘉定水務系統的綜合管理平臺。

（1）實現污水管網狀態的全面感知。建設一套基于管網液位監測終端的管網動態監測系統，掌握管網的動態運行情況，對污水管網滿溢等問題進行實時預警。

（2）實現污水泵站運行狀態的監測。通過對泵站運行工況數據的采集和上傳，實現對污水泵站的動態監測與實時預警。

（3）實現污水系統“管-泵-廠”一張圖的動態掌握。一張圖實現對排水管道、窨井（檢查井）、泵站、污水處理廠、廠站設施設備的現有狀態管理、管網網絡分析、更新養護管理等。現有狀態管理主要是實現對各種排水設施現狀情況的記錄、運行狀態分析等。管網網絡分析是需要先建立管網拓撲，可以進行管網連通性分析、縱橫斷面分析、坡度分析，以及對排水系統內的管網進行合理性評價等。

通過污水管網運行數據和污水泵站運行數據的結合，動態掌握整個污水系統的運行狀態，實現整個污水系統各個環節的實時報警。通過科學決策發揮出整個污水系統的最大效能，降低污水系統在應急運行中的風險，減少污水外溢的事故。

3.2 主要建設內容

污水信息化系統一期建設內容分為硬件系統和軟件系統兩大部分。硬件系統主要建設內容是動態數據采集，軟件系統主要建設內容是智慧水務平臺搭建和相關功能模塊開發。

3.2.1 硬件系統

管網液位監測終端部署：根據嘉定污水管網的實際情況，結合主要管網液位監測布點原則，本期在區域內污水主要管網交接井建設120個液位監測終端，以此初步掌握管網動態運行的信息。圖1為北工業區點位圖。

圖1 北工業區點位圖

泵站流量監測點部署：根據嘉定實際情況，初期對4片一外排區域的16座重點泵站建設流量及液位監測點，以此滿足管理運行單位對整個區域內泵站流量、日常工況監測的需求。

污水廠實施監控集成：實現對目前在運的三座污水處理廠（大眾、北區、安亭廠）現有的污水監控中控數據的集成，將原有的污水廠監測數據集成展示到綜合信息系統中，實現一張圖展示。

3.2.2 軟件系統

智慧排水平臺的建設。主要包括智慧排水平臺的搭建、數據庫設計、UI設計等。

功能模塊的開發。管網動態監測子系統，泵站遠程監測子系統，水質在線監測子系統。

排水系統一張圖。包括排水管網形狀區分電子化、排水管網管段和泵站概化，管網能力評估，報警管理，排水能力分析。

信息集成。污水廠監控信息的集成、整合。

3.3 功能展示

3.3.1 污水系統一張圖

結合嘉定實際情況，對污水管網監測數據、泵站工況數據、水量數據等進行集中展示和分析。通過對管網能力進行評估，是對管網性能分析的重要手段；通過管網能力分析，可以對管網的使用年限、建造時間、所屬單位、管徑大小、走向、材質，坡降以及易淤塞能力等進行歸類或劃分等級并進行綜合評估。污水系統一張圖如圖2所示。

圖2 污水系統一張圖

3.3.2 管網動態監測子系統

結合嘉定實際情況，部署管網液位監測終端，達到動態掌握污水管網運行狀態的目標。綜合利用現有GIS系統，結合污水管網水位監測數據的綜合處理分析，實現污水管網的動態監測、實時預警。

（1）GIS展示。軟件實現GIS地理信息系統的基本功能，對污水管網和泵站等進行矢量展示，并配備有鷹眼導航、標注顯示、圖層管理和管網數據表格等輔助顯示功能。

（2）管網編輯。將污水管網的各個部件按照功能和特性進行分類，定義多種類型的水文、水力要素，并將各自按照形狀特性分為不同的點、線、面表達形式進行表達，管網可視化編輯可以準確的實現管網形態的矢量表達，直觀的將管網的平面拓撲關系表達出來，便于將監測數據的關聯性更加直觀的表達出來。

（3）數據分析。實現對管網歷史數據的展示分析，包括：管網水位歷史分析、管網歷史縱斷圖分析、管網歷史水位同比分析、多管段歷史水位對比分析4部分內容。

①管網水位歷史分析。提供多種形式的管網水位歷史分析功能，包括管網歷史縱斷圖分析，管網歷史水位同比分析以及多管段歷史水位對比分析。

②管網歷史縱斷圖分析。通過對一段聯通管段的運行歷史數據進行縱剖面模擬展示，通過對比管網運行中前后管網的水位變化關系實現管網狀態分析，效果如圖3所示。

圖3 管網水位剖面圖

③管網歷史水位同比分析。對管網水位監測歷史數據，按照三天、七天以及自定義的方式進行24h同比展示分析，可以查看管網日常調度規律，效果如圖4。

圖4 管網水位情況

（4）動態監測。污水系統液位動態監測展現各測點水位、流速數據和狀態。

（5）報表統計。通過對水位信息的的整理和運算，獲取歷史整點水位數據，以及歷史數據最大值、最小值、平均值以及累計值等信息，實現單點歷史數據表，單點年月日報表，以及多點綜合報表。

①單點歷史數據表。對單個監測點的歷史水位按照不同的時間設定獲取整點數據進行曲線和Excel導出。

②單點年月日報表。按照年月日以及季度報表的形式對液位的整點值，年月日最大值以及發生時間，最小值以及發生時間，平均值，累計值等進行統計并以報表的形式展示，提供Excel導出。

③多點綜合報表。對多個點位的年月日以及季度報表進行對比展示，提供特征值柱狀圖對比分析，并實現Excel導出。

（6）報警及管理。①實時報警。對出現異常情況，水位超警、超限的預警和報警信息進行實時語音顏色和短信通知等。

②報警控制。為每一個監測點位設置監測范圍，預警范圍，超警范圍等，并配置不同區間不同的報警形式，實現分類、分形式報警控制。

③歷史報警查詢統計。對歷史報警信息按照時間，報警類型，報警狀態，以及報警嚴重程度等規則進行查詢統計，提供Excel導出。

（7）查詢與統計。提供管網屬性查詢功能，對管網組件、空間信息、管理資料等進行圖選查詢、條件查詢、地名查詢、分級查詢，并且查詢結果能實現圖表互查。管網屬性信息統計如圖5所示。

圖5 管網屬性信息統計

4 結語

排水行業管理中的基礎管理是排水設施管理，業務開展主要圍繞排水設施進行。因此，加強對排水設施數據的普查、校驗、設施管理，可以為排水信息化建設提供準確、完整的數據資源。實踐表明，污水處理廠和排水管網的一體化運營，更符合城鎮排水系統的內在特性以及作為城鎮基礎設施的服務定位，更有利于充分發揮其水環境保障功能。

嘉定區污水信息化系統的建立并成功投入使用，為區域污水系統管理者提供了觀察、監控城市污水系統總體運行狀況的全新視角，通過與區水務局及相關單位先期建立的各類信息化平臺的信息聯動和各部門的資源共享，提升污水系統管理的執行效率并有效解決小區污水倒灌和污水外溢馬路，提高發現問題的及時性，處置問題的高效性以及分析問題的科學性，提升政府的高效服務水平，為其他地區排水信息化管理提供了一定參照。

[1] 中華人民共和國國務院.城鎮排水與污水處理條例[G].2013.

[2] 國辦發〔2014〕27號，關于加強城市地下管線建設管理的指導意見[S].

[3] 王文強.上海市排水行業管理信息化建設分析[J].中國給水排水，2016，（18）：8-13.

[4] 王歡歡.“智慧排水”信息化運營管理實踐[J].中國建設信息化，2017（3）：26-28.